表面积与表面吉布斯能

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1、第七章表面现象表面现象物理化学意义上的相界面是一个有几个分子直径厚度的薄层，是两相之间的过渡区。气—液界面气—固界面液—液界面液—固界面固—固界面根据形成界面的物质的聚集状态可将界面分为第一节表面积与表面吉布斯能一、表面积通常用单位质量物质所具有的表面积as表示物质的分散程度比表面（specificsurfacearea）单位体积物质所具有的表面积aV单位为m2kg1或m2g1。单位为m1。一、表面积例7-1：分割半径为r的液滴，使成为半径的小液滴，若液滴为球形，试计算分割后的液滴总表面积A1和原液滴表面积A

2、之比。解:球形表面积A=4r2,体积分割后的液滴数目分割后液滴的表面积A1=n14r12=10×4r2分割前后液滴表面积之比二、表面吉布斯能和表面张力1.表面吉布斯能以l-g表面为例，液体表面分子与内部分子受力情况不同内部：分子作用力合力＝0，移动时能量没有变化表面：分子作用力合力指向液体内部，环境作功转化为表面能表面积增加当把体相分子拉向表面时（T,p,n不变）根据热力学第二定律定义表面吉布斯能单位为Jm2。表面功的大小和dA成正比：W=dA式中为比例系数二、表面吉布斯能和表面张力用肥皂液在一个

3、系有线圈的金属环上形成一个液膜，由于线圈周围都是相同的液体，受力均衡，线圈可以在液膜上自由移动位置。2.表面张力二、表面吉布斯能和表面张力若将线圈内液膜刺破，线圈两边受力不再平衡，立即绷紧成圆形。这些现象表明，在液体表面存在一种使液面收缩的力，称表面张力（surfacetension）或界面张力（interfacialtension）。表面张力的方向和表面相切，是垂直作用在表面上单位长度线段上的表面收缩力。二、表面吉布斯能和表面张力在温度、压力恒定的条件下，在AB边施加向右的力F，使AB在可逆的情况下向右移动dx。F和

4、液膜表面边缘的长度l成正比，因为液膜有正反两个表面，设AB=l′，则F=·l=•2l'式中为比例常数，是作用于液面上单位长度线段上的力，即表面张力，单位是N·m-1。表面吉布斯能和表面张力是完全等价的，具有等价的量纲和相同的数值。二、表面吉布斯能和表面张力三、表面的热力学关系式在考虑到系统做非体积功——表面功时，多组分系统的热力学函数基本关系式可以表示为：在指定变量和组成不变的条件下，表面吉布斯能根据Maxwell关系式：对于组成不变的恒容系统对于组成不变的恒压系统三、表面的热力学关系式四、影响表面吉布斯能的因素

5、1.组成表面的物质物质内部的分子间引力引起表面吉布斯能，分子间作用力越大，表面吉布斯能越大。表面吉布斯能的大小还和形成相界面的另一相有关。液体/空气表面能/J·m2液体/液体表面能/J·m2水72.75103苯/水35.0103苯28.88103橄榄油/水22.8103乙醇22.27103液体石蜡/水53.1103甘油63.0103乙醚/水9.7103液体石蜡33.1103正丁醇/水1.8103橄榄油35.8103苯/汞357103汞484103水/汞37510

6、32.温度升高温度分子的动能增加分子间的相互作用力减弱同时升高温度使两相之间的密度差减小。以此多数液体物质，温度升高，物质的表面张力下降。热力学解释：表面积增大表面熵增大根据公式，即温度升高，表面吉布斯能下降。四、影响表面吉布斯能的因素一些经验公式描述了表面张力和温度之间的关系，其中一个关于纯液体的经验公式为=0(1T/TC)n式中为TC为临界温度，为液体在温度T时的表面张力，0和n为常数，对于多数有机液体n等于11/9。3.浓度浓度对表面吉布斯能的影响，与溶液的性质有关。四、影响表面吉布斯能的因

7、素